Geologinen loppusijoitus

Question: Miksi ydinjätteet eristetään maanpinnan alle?




Geologinen loppusijoitus on tärkein ydinjätehuollon ratkaisuista, jonka tarkoituksena on eristää ydinjätteet ympäristöstä syvälle maanpinnan alle siten, että niiden vaikutukset ympäristöön ovat yhtäläiset tai vähäisemmät kuin luonnossa esiintyvän radioaktiivisuuden. Korkea-aktiiviset ydinjätteet ovat lähes kokonaan peräisin käytetystä ydinpolttoaineesta.
Loppusijoitus verrattuna sen vaihtoehtoihin
Korkea-aktiivisten jätteiden geologiselle loppusijoitukselle on olemassa monia vaihtoehtoisia ratkaisuja. Käytetty ydinpolttoaine voidaan kierrättää jälleenkäsittelyllä, mitä tehdään esimerkiksi Ranskassa. Tavallisesti ydinpolttoaineesta yli 95% on käytön jälkeen edelleen uraania, joka voidaan käyttää uudestaan. Kierrätys on kuitenkin teknisesti vaativaa, kallista ja se jättää edelleen noin 5% polttoaineesta jätteeksi, joka tarvitsee loppusijoituksen. Toisaalta käytetty ydinpolttoaine voidaan säilyttää vartioiduissa varastoissa. Säilytys on teknisesti yksinkertaista ja edullista, mutta vaadittu pitkä varastointiaika tekee varastoinnista hankalan suunnitella ja varmentaa. Ydintekniikan asiantuntijoiden yleisesti parhaana pitämä ja muun muassa OECD:n alaisen kansainvälisen energiajärjestön IEA:n suosittelema keino korkea-aktiivisten ydinjätteiden jätehuoltoon on geologinen eli kallioloppusijoitus. Muita ehdotettuja keinoja ovat muun muassa loppusijoitus merien syvänteisiin, napajäätiköiden alle tai avaruuteen, mutta nykyisin niiden tutkimuksesta on luovuttu lähes kokonaan geologisen loppusijoituksen hyväksi.
Yhdistyneiden kansakuntien alaisen Kansainvälisen atomienergiajärjestön, OECD:n ydinenergiajärjestö NEA:n, ja Euroopan yhteisöjen yhteinen kanta (ilmaistu julkaisussa Disposal of Radioactive Waste: Can Long-Term Safety Be Evaluated - An International Collective Opinion, OECD, Pariisi, 1991) on, että
"nykyisin on olemassa menetelmiä arvioida riittävällä tarkkuudella hyvin suunnitellun loppusijoitusjärjestelmän mahdollisia pitkän aikavälin radiologisia vaikutuksia ihmisiin ja ympäristöön, ja [...] että oikeanlainen turvallisuuden arviointi yhdistettynä riittävään tietotasoon ehdotetusta loppusijoituspaikasta voi tarjota teknisen perustan päättää tarjoaako tietty loppusijoitusratkaisu riittävän turvallisuustason nykyiselle ja tuleville sukupolville."
Lisäksi YK:n Agenda 21 -ohjelmajulistuksessa kannustetaan jäsenmaita keskittymään geologisen loppusijoituksen tutkimiseen sen ympäristö- ja turvallisuusetujen vuoksi. Merkittävä osa ydinvoimaa käyttävistä maista onkin aloittanut loppusijoitukseen valmistautumisen ja valittujen loppusijoituspaikkojen tutkimisen. Geologisen loppusijoituksen ohjelmat ovat käynnissä muun muassa Yhdysvalloissa, Britanniassa, Ranskassa, Saksassa, Sveitsissä, Ruotsissa ja Suomessa.
Yhdysvalloissa loppusijoituspaikka WIPP (Waste Isolation Pilot Plant) sijaitsee New Mexicossa, Eddyn piirikunnassa. Laitos on toiminut vuodesta 1999 lähtien.[1]
Loppusijoituksen valmistelu
Loppusijoituksen alkuvaiheeseen kuuluu jätteen välivarastointi vesialtaissa, jotka toisaalta johtavat polttoaineen jälkilämmön pois ja toisaalta vaimentavat polttoaineen säteilyn. Käytetyn ydinpolttoaineen radioaktiivisuus heikkenee itsestään hyvin nopeasti. Jo ensimmäisenä vuonna reaktorista poiston jälkeen 99% aktiivisuudesta häviää. Neljänkymmenen vuoden jälkeen enää tuhannesosa alkuperäisestä aktiivisuudesta on jäljellä. Tällöin polttoaineen käsittely on luonnollisesti huomattavasti helpompaa. Myös polttoaineen lämmöntuotanto laskee odotusaikana niin paljon, ettei erillinen jäähdytys ole enää tarpeen.
Varsinaisen loppusijoittamisen aluksi polttoaineniput pakataan teräksisiin tai valurautaisiin säiliöihin. Säiliöiden seinämät ovat useita senttimetrejä paksut ja vaimentaisivat säteilyn niin, että säiliöiden käsittely onnistuu tavanomaisin kuljetuslaittein ja nosturein. Säiliöt ovat pinnaltaan ruostumatonta metallia, esimerkiksi ruostumatonta terästä tai kuparia.
Jälleenkäsittelystä jäävät jätteet ovat yleensä nestemäisessä muodossa. Loppusijoitusta varten niistä tehdään lasia. Syntyvä lasi pakataan ruostumattomasta teräksestä valmistettuihin säiliöihin.
Monikerrosperiaate


Sekä käytetty ydinpolttoaine, että jälleenkäsittelyjätteistä tehty lasi ovat ominaisuuksiltaan kovia, pääosin veteen liukenemattomia, palamattomia, kiinteitä aineita, eivätkä ne voi kaasujen tai nesteiden tapaan vuotaa säiliöstään. Jätteet ja niiden ominaisuudet itsessään muodostavat Posivan mukaan ensimmäisen esteen monikerroksiseksi suunnitellussa esteiden joukossa, joka eristää jätteet elollisesta luonnosta.
Toisen esteen muodostaa polttoainesauvan oma tiivis ja ohut zirkoniumkuori. Kuori on suunniteltu kestämään ydinreaktorin kovaa kuumuutta ja painetta sekä suojaamaan polttoainetta reaktorissa olevan veden syövyttävää vaikutusta vastaan.
Kolmannen esteen muodostaa loppusijoituskapseli, jonka ulkokerros on kuparia ja sisäkerros valurautaa. Säiliö on tiivis ja sen oletetaan olevan korroosionkestävä 100000 vuoden ajan. Pitkä-aikaisesta korroosionkestävyydestä on kuitenkin olemassa epäilyksiä[2].
Neljännen esteen muodostaa loppusijoitusluolan täyteaine. Kun polttoainekapselit on sijoitettu kallioon kaivettuun luolaan, on luola tarkoitus täyttää. Tähän tarkoitukseen valitaan veden virtauksia estävä, pehmeä aine. Pehmeän aineen oletetaan suojaavan loppusijoituskapseleita myös puristusvoimilta kallioperän mahdollisesti halkeillessa ja sen katsotaan absorboivan rikkoutuneesta kapselista liuenneet radioaktiiviset aineet.[3]  Kyseeseen tulevat lähinnä erilaiset savilajit, erityisesti bentoniitti, joka paisuu kastuessaan ja siis tiivistää vuotokohtia. Bentoniitti kuitenkin liukenee suolaveteen[3], joten mikäli merenpinta nousee ja myös muuttaa merenpohjan alla olevan pohjaveden suolaiseksi, bentoniitti voi liueta vuosituhansien aikana pois sillä täytetyistä tunneleista ja jopa loppusijoituskapselien ympäriltä. Loppusijoitusluolan suuaukko sijaitsee tällä hetkellä noin 3 metrin korkeudessa merenpinnasta.
Viidennen esteen muodostaa kallio. Loppusijoitus on tarkoitus toteuttaa noin neljän sadan metrin syvyydessä. Käytännössä ydinjätteestä lähtevä säteily vaimenee taustasäteilyn tasolle kahden metrin matkalla kapselia ympäröivässä kalliossa. Syvällä kalliossa myös pohjaveden virtaukset ovat erittäin hitaita, mikä hidastaa mahdollisesti muut esteet ohittaneen radioaktiivisen aineen kulkeutumista pinnalle.[3] Säteilyn vuoksi kallioloppusijoitus ei ole tarpeen ja syvyydellä haetaan suojaa aikaa vastaan. Posivan näkemyksen mukaan vain ihmisen toiminta tai jo itsessään katastrofaaliset ilmiöt, kuten meteoriittitörmäys voisivat tuoda ydinjätteitä Maan pinnalle. Jääkausi otetaan huomioon suunnittelussa. Kriitikkojen, kuten Geologisen tutkimuslaitoksen eläkkeellä olevan professori Matti Saarniston mukaan myös jääkausi saattaisi rikkoa loppusijoituslaitoksen.[4][5] Tarvittava loppusijoitusaika on noin satatuhatta vuotta, koska tuolloin käytetyn ydinpolttoaineen aktiivisuus on laskenut luonnonuraanin tasolle. Silloin voidaan sanoa, ettei ydinjäte enää aiheuta luonnonaineista poikkeavaa riskiä.
Loppusijoituspaikka
Loppusijoituksen päätyttyä loppusijoituspaikan huoltaminen tai vartioiminen ei ole tarpeen. Maanpinnalla alue voidaan palauttaa alkuperäiseen käyttöönsä. Säteily vaimenee kalliossa jo parin metrin matkalla, joten satojen metrien kalliokerroksen alle loppusijoitetun polttoaineen säteily ei vaikuta maan pinnalle asti. Vertailun vuoksi välivarastoissa vesialtaissa olevan käytetyn polttoaineen säteilyä ei pysty mittarilla erottamaan luonnon taustasäteilystä varaston seinän vieressä.
Tarkoituksella käytetty polttoaine voidaan kuitenkin palauttaa käyttöön. Tulevaisuudessa voidaan haluta hyödyntää polttoaine uudestaan joko jälleenkäsittelyn kautta, hyötöreaktoreissa tai muussa tarkoituksessa. Siksi useimmissa suunnitelmissa on varauduttu käytetyn polttoaineen palauttamiseen maanpinnalle. Loppusijoituksen peruminen onnistuu suhteellisen helposti loppusijoitukseen itseensä käytetyillä laitteilla ja menetelmillä.
Kustannukset
Loppusijoituksen kustannukset katetaan useimmissa maissa ydinsähkön hinnassa kerättävillä maksuilla. Koska tavanomainen 1000 megawatin tehoinen ydinvoimalaitos kuluttaa vuodessa noin kolme kuutiometriä ydinpolttoainetta, jäävät välivarastoinnin ja loppusijoituksen kustannukset vaatimattomiksi verrattuna tuotettuun energiaan. 
Suomessa ydinjätehuoltokustannukset kerätään ydinjätehuoltovelvollisilta eli voimalaitoksia käyttäviltä yrityksiltä Valtion ydinjätehuoltorahastoon, jota hoitaa Työ- ja elinkeinoministeriö. Rahastoon on kerätty vuoteen 2007 mennessä n. 1,7 miljardia euroa, jotka on sijoitettu Valtiontalouden tarkastusviraston kertomuksen mukaan lähes riskittömästi.[6][7] Kuvan ydinjätehuoltomaksujen osuudesta antaa Teollisuuden voiman vuoden 2008 tilinpäätös, jonka mukaan yhtiö oli maksanut 57,8 miljoonaa euroa ydinjätehuoltomaksua[8]. Samana vuonna yhtiö tuotti 14,4TWh sähköenergiaa ydinvoimalla[9], minkä perusteella ydinjätehuollosta kyseiselle yhtiölle aiheutui noin 0,4 sentin kustannus kilowattituntia kohti. Samana vuonna sähkön kuluttajakeskihinta oli n. 12snt/kWh[10] Sähkön hinnasta tämän esimerkkitapauksen mukainen ydinjätehuoltokustannus muodosti siis noin 3%
Lähteet


Luokka:Ydinvoima
Luokka:Jätehuolto